采用QUANTUM系列PLC完成转炉上料系统自动控制

1 引言
转炉上料系统负责给转炉的辅原料高位料仓、铁合金中位料仓、铁合金炉后料仓及LF炉精炼料仓提供各种合格的冶炼辅料，满足炼钢过程中造渣、脱氧、合金化及成分微调、炉外精练的需要。

2 上料系统工艺简介
上料系统包括辅原料和铁合金上料系统两套上料设备组成，系统设计的任务就是要求充分利用辅原料、铁合金两套上料系统设备，完成辅原料A1、A5流程及铁合金A2、A3、A4、A6、A7、A8流程的操作。在自动化功能上要实现各流程皮带机的手动、自动、非常手动和现场本地操作四种运行方式和卸料小车的自动准确定位、振料机的自动启动停止，为此需要在卸料小车、皮带机、振料机等流程设备存在的相互连锁关系基础上，以清料时间为基础实现单一流程的顺起、顺停及换料操作，为了避免不必要的皮带机停止操作，以提高上料系统运行效率，需要实现辅原料A1、A5流程之间及铁合金A2、A3、A4、A6、A7、A8流程之间的转流程操作。各流程主要设备逐项介绍如下。
2.1 辅原料上料系统
(1) A1:地下料仓振料机FVF01-FVF08;辅原料上料皮带机FBC01-FBC03;辅原料卸料小车FXC1;辅原料高位料仓FGC01-FGC10、FGC201- FGC210、FGC301- FGC310
(2) A5:石灰窑输送皮带机;辅原料上料皮带机FBC02-FBC03;辅原料高位料仓FGC01-FGC10、FGC201-FGC210、FGC301-FGC310
2.2 铁合金上料系统
(1) A2:铁合金地下料仓振料机TVF01-TVF14;铁合金上料皮带机TBC01-TBC03+TBC04正转、TBC04T推杆正限位+TBC05;铁合金中位卸料小车及推杆TXC1、1TXC1T1T、1TXC1T2T;铁合金中位料仓:TZC01- TZC06、TZC201-TZC208、TZC301-TZC308
(2) A3:铁合金地下料仓振料机TVF01-TVF14;铁合金上料皮带机TBC01-TBC03+TBC04正转、TBC04T推杆反限位+TBC06-TBC07;铁合金炉后卸料小车及推杆TXC2、TXC2T;铁合金炉后料仓:LHC01-LHC06、LHC201-LHC206、LHC301-LHC306
(3) A4:铁合金地下料仓振料机TVF01-TVF14;铁合金上料皮带机TBC01-TBC03+TBC04反转;1#精炼上料皮带JBC01;1#精炼铁合金卸料小车及推杆:1JXC1、1JXC1T;1#精炼料仓:SBN01-SBN16
(4) A6:石灰窑输送皮带机;铁合金上料皮带机TBC02-TBC03+TBC04反转;1#精炼上料皮带JBC01;1#精炼铁合金卸料小车及推杆:1JXC1、1JXC1T;1#精炼料仓:SBN01-SBN16
(5) A7:铁合金地下料仓振料机TVF01-TVF14;铁合金上料皮带机TBC01-TBC03+TBC04正转、TBC04T推杆正限位+TBC05;2#精炼上料皮带2JBC01;2#精炼铁合金卸料小车及推杆:2JXC1、2JXC1T;2#精炼料仓:JGC01-JGC216
(6) A8:石灰窑输送皮带机;铁合金上料皮带机TBC02-TBC03+TBC04正转、TBC04T推杆正限位+TBC05;2#精炼上料皮带2JBC01;2#精炼铁合金卸料小车及推杆:2JXC1、2JXC1T;2#精炼料仓:JGC01-JGC216
其中A1和A5流程之间以及A2、A3、A4、、A6、A7、A8流程之间的共用皮带机很多，如何实现在不停共用皮带机的条件下，各流程的正常切换操作是上料系统实现自动化的关键。

3 程序设计的主要工艺依据
3.1 外部控制
(1) 皮带机要求顺着到所上料仓的上料方向逆起顺停。
(2) 皮带机控制从属于流程选择方式:自动、手动、非常手动。
(3) 当皮带工作机在自动方式时，振料机、卸料小车及推杆根据需要可以工作在手动或非常手动方式。
(4) 进行更换料种、转流程操作时，卸料小车及流程都要选择自动方式，而振料机可以根据需要工作在自动或手动、非常手动方式，只有在自动和手动方式下振料机和所上的料仓之间有连锁关系, 以免因操作失误造成混料。
3.2 连锁控制
(1) 振料机在自动、手动、非常手动等上位操作方式下，只要振料机下的皮带机未运行，振料机不运行。
(2) 当所设定的上料重量完成后，振料机自动停机。
(3) 振料机在自动、手动操作方式下，当所选择的上料料仓到达高料位或高高料位时，振料机自动停止。
(4) 无论皮带机在什么操作方式，只要所选择的上料料仓到达高高料位，皮带机都执行急停操作，但经操作工确认后可以继续启动皮带机清料，以便清空皮带上的余料，为下次上料做好准备。

4 控制系统设计
4.1 硬件配置设计
为了实现以上功能，我们采用了施耐德公司的QUANTUM系列PLC, 包括一个本地的16槽机架，一个16槽远程机架, 一个16槽扩展机架，由于上料系统所涉及的设备分布较为分散，按照常规的电气设计，从现场设备到PLC的信号模块将需要很多控制电缆，无论给电气施工还是维护都带来很多不便，为此我们采用了TURCK公司的PROFIBUS DP远程I/O模块，解决了现场设备信号的可靠传输问题，系统硬件配置原理如图1所示:

图1 系统硬件配置原理图

4.2 典型上料控制流程图设计
无论在自动、手动还是非常手动方式，都需要实现卸料小车的准确定位，这也是一个典型的利用接近开关进行多点定位的应用，为此利用QUANTUM系列PLC CONCEPT编程软件的子程序功能，针对辅原料系统和铁合金系统小车定位的不同特点，编制了专用的定位子程序，并在子程序中考虑了小车定位过程中可能发生的各种异常情况如:小车移动超时、接近开关失灵、铁合金小车推杆不能正常到位、小车移动极限位置保护等，即优化了程序结构，又保证了程序运行的安全性。以较为复杂的更换流程为例，程序控制方框图如图2所示。

图2 程序控制方框图

5 结束语
转炉上料系统涉及设备多、操作方式多，如果用常规的操作台进行操作，设计将非常烦琐，为此我们采用了根据Monitor Pro上位监控软件编制的上位操作和监控系统，包括辅原料高位料仓、铁合金中位料仓、铁合金炉后料仓、精炼铁合金料仓的上料操作及上料系统设备的运行监示、故障诊断及报警，料位机、皮带称、料位开关等上料系统仪表的显示，实现了设备运行的可视化，Monitor Pro工作在普通的PC机上，运行于Windows 2000或XP操作系统，采用Client/Server结构，网络功能强大, 具有超大容量实时数据库，对实现上料系统的操作监示起到了重要作用。
通过采用QUANTUM系列PLC和Monitor Pro上位监控系统实现了我公司转炉上料系统的自动化，并通过多种操作方式的实现，提高了系统运行的可靠性和对各种现场设备状况的适应能力，提高了上料系统的运行效率，减轻了操作工的劳动强度。